Riproduzione del suono: codificare onde in MP3

Le moderne tecnologie ci permettono di avere la musica che amiamo sempre con noi: salviamo i brani musicali che ci piacciono sui nostri dispositivi sotto forma di file di piccole dimensioni. Il primo formato di file audio con queste caratteristiche è stato il formato MP3: esso funziona grazie al campionamento, un metodo che permette di codificare i suoni mediante successioni di numeri.

«Campionare» significa misurare il valore di un segnale a istanti di tempo successivi, separati da un intervallo fisso ∆t. L’inverso di tale intervallo costituisce la frequenza di campionamento.

Effettuando un campionamento si perdono sempre informazioni; tuttavia, se la frequenza di campionamento è sufficientemente elevata (∆t piccolo), le informazioni perdute sono inessenziali e dai dati raccolti si ricostruisce con precisione il suono di partenza.

MP3

Se la frequenza di campionamento è più bassa, cioè la quantità dei dati digitali raccolti è minore, l’ampiezza e la frequenza del segnale originario vengono riconosciute con più incertezza. Di conseguenza, la riproduzione del suono è meno fedele.

MP3

Perché abbiamo rappresentato il segnale sonoro con una cosinusoide e abbiamo parlato di «ampiezza» e «frequenza» del segnale? Perché il suono è strettamente imparentato con il moto armonico ed è caratterizzato dalle stesse grandezze.

In tutti gli strumenti musicali vi sono parti che oscillano (corde, membrane ecc.) e comunicano le loro vibrazioni all’aria circostante. Questi movimenti si propagano fino ai nostri timpani, che si mettono a loro volta a vibrare inviando un segnale al cervello. È così che possiamo sentire la musica.

Le oscillazioni degli strumenti musicali sono moti armonici, o, più precisamente, moti periodici che risultano dalla sovrapposizione di più moti armonici simultanei di diversa ampiezza e diversa frequenza.

Al momento della registrazione, un microfono trasforma i moti oscillatori che costituiscono il suono in un segnale elettrico; un circuito elettronico chiamato convertitore analogico-digitale campiona poi questo segnale, che da continuo diventa una successione discreta (discontinua) di numeri.

Durante la lettura dei dati avviene il processo inverso: un convertitore digitale-analogico trasforma nuovamente i numeri in segnali elettrici e questi diventano suono perché fanno vibrare le membrane degli altoparlanti o delle cuffie.

Rispetto ai dati digitali registrati sui CD, quelli dei file MP3 sono compressi. Pertanto contengono meno informazione, con lo svantaggio che producono suono di qualità inferiore, ma con il vantaggio di occupare molto meno «spazio»: per registrare una canzone, su un CD servono circa 60 megabytes di dati, mentre in un file MP3 ne sono sufficienti 5 megabytes.

Le piccole dimensioni dei file MP3 (e, di conseguenza, la rapidità e la facilità con cui essi vengono scaricati e immagazzinati) sono il motivo principale per cui questo formato ha rivoluzionato il mercato della musica.

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